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(19)
*DE102016002201A120170831*
(10)
DE 10 2016 002 201 A1 2017.08.31
Offenlegungsschrift
(12)
A01K 63/00 (2006.01)
(21) Aktenzeichen: 10 2016 002 201.9
(22) Anmeldetag: 25.02.2016
(43) Offenlegungstag: 31.08.2017
(51) Int Cl.:
(71) Anmelder:
PAL-Anlagenbau GmbH Abtshagen, 18510
Wittenhagen, DE
(72) Erfinder:
Jobs, Sebastian, Ms. Sc., 18439 Stralsund, DE;
Scheibe, Günther, Dr.-Ing., 18510 Wittenhagen,
DE; Lehmann, Benjamin, Ms. Sc., B. Eng., 18439
Stralsund, DE
(74) Vertreter:
Scheunemann, Detlef, Dipl.-Ing., 12689 Berlin, DE
Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen.
(54) Bezeichnung: Aquaponik-Anlage
(57) Zusammenfassung: Die Erfindung betrifft eine Aquaponik-Anlage für eine Pflanzen- und Fischproduktion, die eine
Kombination aus einer in einem Gewächshaus angeordneten Aquakultur-Anlage (1) und einer Pflanzenzucht-Anlage
(2) umfasst, wobei die Aquakultur-Anlage (1) aus mindestens einer Aquakultur-Vorrichtung (3) mit einem der jeweiligen Fischart entsprechenden Ablauf (4), aus einem mechanischen Filter (6), einer, mit einer Frischwasserzufuhr (20)
verbundenen, Desinfektion (9), einem biologischen Filter
(10) sowie einer Belüftung (12) und/oder einem Sauerstoffbehandler (13) und die Pflanzenzucht-Anlage (2) aus mindestens einer Pflanzenzucht-Vorrichtung (18), einem Speichertank (15), einem Mischtank (16), einem Nährstoffspender (17) und einem mit der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18)
verbundenen Zwischentank (26) und einem Kondensattank
(14) besteht, wobei die Aquakultur-Anlage (1) einen ersten Wasserkreislauf und die Pflanzenzucht-Anlage (2) einen
zweiten, vom ersten Wasserkreislauf getrennten, Wasserkreislauf aufweist, sowie dem mechanischen Filter (6) der
Aquakultur-Anlage (1) im ersten Wasserkreislauf ein Nachklärer (7) nachgeschaltet ist, der zur Einspeisung eines Teils
des vorgereinigten Abwassers aus dem ersten Wasserkreislauf der Aquaponik-Anlage (1) in den zweiten Wasserkreislauf der Pflanzenzucht-Anlage (2) mit dem Speichertank (15)
der Pflanzenzucht-Anlage (2) verbunden ist.
DE 10 2016 002 201 A1 2017.08.31
Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft eine Aquaponik-Anlage
für eine Pflanzen- und Fischproduktion.
[0002] Aquaponik bezeichnet ein Verfahren, das
Techniken der Aufzucht von Fischen in Aquakultur
und der Kultivierung von Nutzpflanzen in Hydrokultur
verbindet1 Es handelt sich dabei um einen geschlossenen Wasser- und Nährstoffkreislauf, welcher in automatisierten Abläufen bewirtschaftet wird.
[0003] Ein Bestandteil ist die Fischzucht oder -Haltung in Behältern oder (seltener) in offenen Teichen.
Hier können je nach Bedarf und klimatischen Verhältnissen vor Ort verschiedene Fischarten gehalten
werden. Häufig werden Buntbarsche aus der Gattungen Tilapia oder Oreochromis als besonders schnellwachsende und wenig anspruchsvolle Speisefische
eingesetzt2, z. B. Oreochromis niloticus3 oder Tilapia
mariae. Diese können auch mit Algen oder pflanzlicher Nahrung gefüttert werden, allerdings besteht in
gemäßigten Klimazonen zusätzlicher Energiebedarf
zur Temperierung des Wassers.
[0004] Zweiter Bestandteil eines Aquaponik-Systems ist die Pflanzenzucht in anorganischem Substrat ähnlich der Hydrokultur, allerdings unter Verzicht auf die dort verwendete vorproduzierte Nährlösung. Die Nutzpflanzen wachsen meist in Behältern,
die mit einem Substrat (z. B. Blähton oder Kies) gefüllt
sind und periodisch mit dem nährstoffreichen Wasser
aus dem Fischbehälter geflutet werden. Die Kultivierung mit Nährstofffilm-Technik oder Deep Water Culture ist ebenfalls möglich.
[0005] Das überlaufende Wasser wird wieder in den
Fischtank zurückgeführt.
[0006] Das Kiesbett am Grund des Fischtanks sowie
das Substrat der Pflanzbehälter ist mit einem Biofilm
aus nitrifizierenden Bakterien besetzt, welche Ammonium und Ammoniak der Fischausscheidungen über
das Zwischenprodukt Nitrit in Nitrat umwandeln, welches schließlich als Nährstoff den Nutzpflanzen zur
Verfügung steht.
[0007] In Aquaponik muss das Wasser nicht ausgetauscht oder zusätzlich gefiltert werden, da es in
den beschriebenen biologischen Reinigungsprozessen wieder in der für die Fischhaltung benötigten
Qualität zur Verfügung steht.
[0008] Damit entfällt die ökologische Problematik
der Überdüngung natürlicher Gewässer bei ungeregelter Entsorgung von Abwässern aus der Aquakultur.
[0009] Frischwasser muss nur bei Verlusten durch
Absorption durch die Pflanzen, Evapotranspiration
oder der Entnahme von Biomasse aus dem System ergänzt werden. Zusätzlich anfallende Feststoffe aus Fischausscheidungen oder Biofilmen können
über ein zwischengeschaltetes Absetzbecken abgetrennt und separat kompostiert Werden, dies ist in
Systemen mit Medium aber nur selten notwendig, da
das Medium per se gute Filterung bringt.
[0010] Zusätzlich
anfallende
Feststoffe
aus
Fischausscheidungen oder Biofilmen können über
ein zwischengeschaltetes Absetzbecken abgetrennt
und separat kompostiert werden. Dies ist in Systemen mit Medium aber nur selten notwendig, da das
Medium per se gute Filterung bringt.
[0011] Alternativ wird die Wurmkompostierung im
Pflanzsubstrat praktiziert, bei der die Feststoffe zersetzt und im Kreislauf erhalten werden.
[0012] Der Name Aquaponik ist ein Kofferwort aus
Aquakultur und Hydroponik. Unter dem Namen
„Integrated Aqua-Vegeculture System”4 wurde ein
kommerzielles Aquaponiksystem entwickelt, welches
die Fischausscheidungen von Tilapia-Buntbarschen
durch Algen und Bakterien auf Sandfiltern für die Aufzucht von Tomatenpflanzen aufbereitet5.
[0013] Die von McMurtry und Sanders begonnene Grundlagenforschung wurde von der University
of Virgin Island in einem speziellen Forschungsprogramm für Aquaponik-Aquakultur weiterentwickelt6.
[0014] Mittlerweile existieren aquaponische Systeme in Kleinstsystemen bis hin zu großen kommerziell genutzten Anlagen. Sie sind auf der ganzen Welt
anzutreffen und finden sowohl in Industrie- als auch
in Entwicklungsländern Verwendung7.
[0015] Das Wasser wird im Gewächshaus durch einen geschlossenen Kreislauf gepumpt.
[0016] Das Wasser der Fischtanks wird durch einem
Filter von Feststoffen befreit und fließt dann in die
Pflanzbeete. In deren Substrat bildet sich ein Biofilm
mit Bakterien. Wie im natürlichen Stickstoffkreislauf
wandeln die Bakterien das Ammonium in den Ausscheidungen der Fische erst zu Nitrit und dann zu Nitrat um. Das Nitrat wiederum dient den Pflanzen als
Nahrung und wird so dem Wasser entzogen. Das geklärte Wasser kann dann wieder in den Fischtank fließen. Aquaponik ist also der Versuch den natürlichen
Stickstoffkreislauf nachzubauen. Der große Vorteil ist
im Wegfallen des Zusatzes von Dünger wie in klassischen Hydrokulturen und das Klären des Wassers
wie in herkömmlichen Aquakulturen8.
[0017] In der DE 60 018 538 T2 wird ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Betreiben einer integrierten Landwirtschaft beschrieben, wobei Geflügeltiere
nahe einem mit Wasser gefüllten Teich gehalten und
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Süßwasserfische in dem mit Wasser gefüllten Teich
gezüchtet werden. Die Ausscheidungen der Geflügeltiere werden in das Wasser des Teichs befördert
und das Wassers des Teichs wird in ein Sprinklersystem gepumpt, wobei des durch das Sprinklersystem
gepumpten Wassers auf einer Pflanzenanbaufläche
verteilt wird. Das Wasser wird, nachdem es durch den
Boden der Pflanzen gesickert ist, gesammelt in den
Teich zurückgeführt.
[0018] Die Aufbereitung des Wassers des Teichs erfolgt derart, dass der Anteil von Sauerstoff und/oder
der Anteil von Ammoniak und/oder der ph-Wert und/
oder die Temperatur annähernd auf einen vorgegebenen Wert gebracht wird, wobei ein benötigter Anteil von Sauerstoff in den Teich gepumpt wird, wenn
der Sauerstoffanteil zu gering ist, Wasser aus dem
Teich in das Sprinklersystem gepumpt wird, wenn der
Wert von Ammoniak oder der ph-Wert nicht in ihrem
vorgegebenen Bereich liegen und so viel Frischwasser wie nötig in das Sprinklersystem gepumpt wird,
wenn der abgelesene Messwert der Mehrfachmessfühler und/oder Sensoren in dem Sprinklersystem für
die Messgrößen Sauerstoff, Ammoniak, ph-Wert und
Temperatur nicht in einem vorgegeben Bereich liegt.
[0019] Eine Aquaponik-Anlage mit geschlossenem
Wasserkreislauf wird in der EP 21 58 808 B1 beschrieben, die aus mindestens einer Aquakultur-Einheit und mindestens einer Hydroponik-Einheit besteht, wobei die Aquakultur-Einheit mindestens einen
Wasserabfluss aufweist. Der Wasserabfluss ist über
ein Einwegeventil mit der Hydroponik-Einheit funktional verbunden, so dass das Wasser aus der Aquakultur-Einheit der Hydroponik-Einheit zugeführt wird.
Die Hydroponik-Einheit weist mindestens eine Kühlfalle auf, wobei die mindestens eine Kühlfalle funktional mit der Aquakultur-Einheit zur Rückführung des
aus der mindestens einen Kühlfalle der AquakulturEinheit gewonnenen Wassers verbunden ist.
[0020] Die TWM 486 944 (U) zeigt eine Aquaponik-Anlage, die aus einem Aquakulturbehälter, einem Hydroponikbehälter und einem mit Filtern versehenen Tank besteht, wobei der Aquakulturbehälter über oder unter dem Hydroponikbehälter und beide über den Tank angeordnet sein können. Bei der
Anordnung des Aquakulturbehälters über dem Hydroponikbehälter wird das Abwasser aus dem Aquakulturbehälter direkt in den Hydroponikbehälter, aus
dem Hydroponikbehälter in den mit Filter ausgestatteten Tank und von dort wieder dem Aquakulturbehälter zugeführt. Bei Anordnung des Hydroponiksbehälters über dem Aquakulturbehälter wird das Wasser
aus dem Hydroponikbehälter dem Aquakulturbehälter, von dort dem Filtertank und vom Filtertank dem
Hydroponikbehälter zugeführt.
[0021] Ein Aquaponik-Produktionssystem (APS)
wird in der MX 2012 013 992 (A) offenbart. Das APS
ist in vier Bereiche unterteilt, einem Tank für aquatischen Organismen, eine Wasserklärungs Ablagerung, ein erstes biologisches Filter (Bioreaktor) und
schließlich der zweite Typ von biologischer Filter, das
gleichzeitig als Pflanzbett für Kulturpflanzen verwendet wird und wobei das geklärte und filtrierte Wasser
zurück in den Tank von Wasserorganismen fließt.
[0022] Das Wasser fließt durch das System in der
gleichen Reihenfolge, wie zuvor beschrieben und
wird dabei in einem geschlossenen Kreislaufprozess
zur Vermeidung der Verschmutzung der natürlichen
Wasserquellen geführt, wobei die Pflanzen mit Nährstoffen in einer schnelle und einfache Weise versorgt
werden, so dass sich die Pflanzen in einer kurzen Zeit
entwickeln können und damit eine höhere Gesamtproduktion erreicht werden. Zur gleichen Zeit wird die
Umwandlung und Entfernung von Stickstoff-Abfällen
und Substanzen, die potentiell schädlich für aquatische Organismen sind, erreicht.
[0023] Ein Aquaponik-System mit minimalem
Mittelabflüsse
von
Abfällen
wird
in
der
WO 2014 039 904 A1 dargestellt, wobei ein Abwasserstrom aus Aquakulturen in einer Abfallumwandlungseinheit mit Algen- und Bakterien mineralisiert
wird. Die Algen und Bakterien sind auf mehreren horizontalen Platten angeordnet, durch die der Abwasserstrom fließt. Der Strom von Abfällen aus der Abfallumwandlungseinheit durchläuft Tröge, auf denen
sich Pflanzen in Hydrokultur befinden, die durch Absorption des mineralisierten Abfalls mit Nährstoffen
versorgt werden.
[0024] Das Wasser fließt aus diesen Trögen zurück
in den Tank für die Aquakulturen.
[0025] Das System kann mit einer Luftquelle, einer
Lichtquelle und einer Nährstoffquelle in der Abfallumwandlungseinheit ausgerüstet sein. Zusätzlich können die Tröge mit schwimmenden Tabletts versehen
werden, um ein breites Spektrum von Pflanzen in Hydrokultur in den Trögen zu züchten.
[0026] Die Erfindung gemäß US 2014 047 767 A1
bezieht sich auf ein Aquaponik-System und ein Verfahren zum Betreiben dieses Systems.
[0027] Das Aquaponik-System besteht aus einem
Tank zur Aufnahme mindestens einer Wassertierart,
einer Vorrichtung mit einem Pflanzennährmedium zur
Aufnahme eines oder mehrerer Pflanzenarten, die in
einer wässrigen Umgebung wachsen, einem BiofilterModul, einer Feststoffentfernungseinrichtung und einer Vorrichtung zur Verwertung von biologischen Abfallstoffe, wobei eine biologische Spezies zum Aufschließen der Feststoffe als Pflanzennährstoffe eingesetzt wird.
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[0028] Die Pflanzennährstoffe werden der Vorrichtung mit einem Pflanzennährmedium übertragen und
zumindest ein Teil des Wassers wird in den Tank für
die Wassertiere zurückgeführt.
[0029] Eine modulare Aquaponik-Anordnung, beschrieben in der US 2013 047 508 A1, enthält einen
Rahmen, mindestens einem Behälter für die Aquakultur und mindestens einen Behälter für die Hydroponik-Kultur, der an die zu züchtenden Pflanzen angepasst ist. Eine Leuchte ist innerhalb des Rahmens
oberhalb des mindestens eines Behälters der Hydroponik-Kultur und der Behälter der Aquakultur ist nahe dem Boden des Rahmens angeordnet. Ein Wasserumlaufsystem ist zum Zirkulieren von Wasser aus
dem Behälter der Aquakultur durch den zumindest einen Behälter der Hydroponik-Kultur und zurück in den
Behälter für die Aquakultur vorgesehen. In einer weiteren Ausführungsform umschließt ein Gewächshaus
den Rahmen, das Aquarium und andere Komponenten, um eine ästhetisch ansprechende Struktur, die
sowohl ein dekoratives und funktionelles Aussehen
der Gesamtanlage schafft.
[0030] Die TW 483 667 U offenbart eine AquaponikAnlage, bei der das Abwasser der Aquakultureinrichtung über einen mechanischen Filter einer Hydrokultur zugeführt wird. Ein Teil des mechanisch gereinigten Wasser aus dem mechanischen Filter wird einem
Belüftungsbecken zugeführt und über einen biologischen Filter der Hydrokultur zugeführt.
[0031] Die US 8 677 686 B1 offenbart ein Aquaponik-System, in dem, getrennt von den AquakulturAnlagen, zwei Abwasserströme erzeugt. Im ersten
Durchflussstrom wird aus dem Abwasser nährstoffreiches Wasser erzeugt und für Hydrokultur Pflanzenwachstum verwendet. Das nährstoffarme Wasser, das aus der Hydrokultur mit Pflanzenwachstum
resultiert, wird wieder dem Fischbecken zugeführt,
um den Zyklus fortzusetzen. In dem zweiten Fließstrom werden die absetzbare Feststoffe aus dem Abwasser getrennt und in nährstoffreichen Schlamm
umgewandelt und als feste oder halbfeste Substrate
für das Pflanzenwachstum eingesetzt.
[0032] Das überschüssige nährstoffreiche Wasser
aus dem zweiten Fließstrom wird abgeleitet und zurück in die erste Strömung eingespeist, wodurch
Wasser und Nährstoffen innerhalb des Systems gespart werden.
[0033] In der DE 10 2013 217 286 B4 wird eine
Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus beschrieben, die mindestens eine Rohrleitung, die in einem Kühlbetrieb zum Entziehen von Wärme aus dem
Gewächshaus von einem Fluid durchströmt wird, und
eine Trägereinrichtung zum Anordnen der mindestens einen Rohrleitung in einem Gewächshaus umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass die Trägereinrich-
tung zum Verstellen der mindestens einen Rohrleitung ausgebildet ist derart, dass die mindestens eine
Rohrleitung zwischen einer oberen Stellung und einer
unteren Stellung verstellbar ist. Auf diese Weise wird
eine Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus zur Verfügung gestellt, die zum einen wirtschaftlich günstigen Kühlbetrieb bei für Pflanzen günstiger
Kühlung ermöglicht, zum anderen aber einen Nachteil durch eventuelle Abschattung eines Lichteinfalls
auf Pflanzen vermeidet. Um die an der mindestens einen Rohrleitung entstehende Kondensationsflüssigkeit aufzufangen, ist an der mindestens einen Rohrleitung vorzugsweise eine Kondensatrinne angeordnet. Die Kondensatrinne kann beispielsweise (entlang der Schwerkraftrichtung betrachtet) unterhalb
der mindestens einen Rohrleitung angeordnet sein,
so dass Kondensationsflüssigkeit von der mindestens einen Rohrleitung in die Kondensatrinne tropfen kann. Die Kondensatrinne kann in Strömungsverbindung mit einem Bewässerungssystem des Gewächshauses stehen. Das in der Kondensatrinne gesammelte Kondensationswasser kann somit in das
Bewässerungssystem des Gewächshauses eingeleitet werden, so dass das Kondensat zur Bewässerung der Pflanzen wieder zugeführt werden kann.
Die Rohrleitung der Wärmetauschereinrichtung kann
als ein Spiralrippenrohr ausgebildet sein. Grundsätzlich können aber auch andere Rohrleitungen verwendet werden, beispielsweise sogenannte Aluflügelrohre oder auch gänzlich anders ausgestaltete Rohrleitungen. Vorzugsweise kommen Rohrleitungen zum
Einsatz, die pro Meter Länge eine vergleichsweise
große Oberfläche aufweisen, um einen effizienten
Wärmeübergang gewährleisten zu können
[0034] Hier wird eine Wärmetauschereinrichtung zur
Kühlung eines Gewächshauses mit einer Auffangvorrichtung des an den Wärmetauscherrohren entstehenden Kondensats beschrieben, das als Frischwasser in den Wasserkreislauf des Bewässerungssystems eines Gewächshauses eingeleitet wird.
[0035] Im Stand der Technik werden AquaponikAnlagen offenbart, bei denen das vorgereinigte,
von Schwebstoffen befreite und gegeben falls von
nitrit- zu nitrathaltigen umgewandelten Abwasser
aus Aquakulturen Hydroponik-Anlagen als wässrige Nährstofflösung in Form von nitrathaltigen Wasser zugeführt und danach das Wasser mit verringerten Nitratgehalt aus der Hydroponik-Anlage wieder
in die Aquakultur-Anlage eingeleitet wird. Es besteht
zwischen beiden Anlagen nur ein Wasserkreislauf,
der Verunreinigungen, Keime oder Krankheiten aus
der Aquakultur-Anlage und/oder Hydroponik-Anlage
in beide Anlagen verbringen kann, die zum vollständigen Verlust der einen oder der anderen Anlage führen kann. Die im Stand der Technik beschrieben Lösungen sind weiterhin auch nur an einer Optimierung
des Frischwasserverbrauches in Aquakultur-Anlagen
über diesem einen Wasserkreislauf ausgerichtet.
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[0036] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kombination aus einer Aquakultur-Anlage und einer Hydroponik-Anlage zur Ausnutzung des vorgereinigten, von
Schwebstoff befreiten und in nitrathaltiges umgewandeltes Abwasser als Nährstofflösung für die Hydroponik-Anlage zu entwickeln, bei der eine Verunreinigung und Belastungen mit Keimen oder Krankheiten
durch eine der beiden Anlagen ausgeschlossen und
bei der Frischwasserverbrauch optimiert wird.
[0037] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Aquaponik-Anlage für eine Pflanzen- und Fischproduktion, bestehend angeordneten Aquakultur-Anlage (1) und einer Pflanzenzucht-Anlage (2), gelöst,
wobei die Aquakultur-Anlage (1) aus mindestens einer Aquakultur-Vorrichtung (3) mit einem der Fischart
entsprechende Ablauf (4), aus einem mechanischen
Filter (6), einer, mit einer Frischwasserzufuhr (20)
verbundenen, Desinfektion (9), einem biologischen
Filter (10) sowie einer Belüftung (12) und/oder einem
Sauerstoffbehandler (13) und die Pflanzenzucht-Anlage (2) aus mindestens einer Pflanzenzucht-Vorrichtung (18), einem Speichertank (15), einem Mischtank
(16), einem Nährstoffspender (17) und einem Kondensattank (14) besteht, wobei die Aquakultur-Anlage (1) einen ersten Wasserkreislauf und die Pflanzenzucht-Anlage (2) einen zweiten, vom ersten Wasserkreislauf der Aquakultur-Anlage (1) getrennten, Wasserkreislauf aufweist, und wobei im zweiten Wasserkreislauf der Speichertank (15) mit dem Nachklärer
(7) und/oder dem mechanischen Filter (6) des ersten
Wasserkreislaufes der Aquaponik-Anlage (1) verbunden ist und im zweiten Wasserkreislauf der Pflanzenzucht-Anlage (2) nach dem Mischtank (16) ein Zwischenspeicher (26) mit einer nicht dargestellten Belüftung angeordnet ist, der mit der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) verbunden ist.
[0038] Der Kondensattank (14) kann mit einer Kondensations- und/oder Kühlvorrichtung (19) der Pflanzenzucht-Anlage (2), dem biologischen Filter (10) zur
Aufnahme des Kondensates aus dem biologischen
Filter (19) und des Kondensats aus der Kondensations- und Kühlvorrichtung (19) und zum zweiten mit
dem Mischtank (16) zur Einspeisung des Kondensats
aus dem Kondensattank (14) in den zweiten Wasserkreislauf der Hydroponik-Anlage (2) und/oder mit der
Desinfektion (9) der Aquakultur-Anlage (1) verbunden sein, um bei Bedarf das Kondensat aus dem Kondensattank (14) in den ersten Wasserkreislauf der
Aquakultur-Anlage (1) einzuspeisen.
[0039] Der Nachklärer (7) kann als ein Feststoffabscheider, insbesondere als eine 3-Kammer-Anlage ausgebildet sein, wobei die zweite Kammer des
Nachklärers (7) mit einer nicht dargestellten Belüftung verbunden ist.
[0040] Der Speichertank (15) ist mit Sensoren zur
Messung der Qualität des vorgereinigten Wassers
aus dem Nachklärer (7) versehen.
[0041] Der Mischtank (16) ist mit dem Nährstoffspender (17) verbunden, wobei im Mischtank
(16) das vorgereinigte, nitrathaltige Wasser aus dem
Speichertank (15) mit Zusätzen aus weiteren Nährstoffen aus dem Nährstoffspender (17) für die Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) gemischt wird. Aus dem
Mischtank (16) wird das nitrathaltige, mit weiteren
Nährstoffen versehene Wasser in einen Zwischenspeicher (25) geleitet, belüftet und in die Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) geleitet.
[0042] Im ersten Wasserkreislauf wird das Abwasser der Aquakultur-Vorrichtung (3) über einen der
Fischart entsprechende Ablauf (4) aus der Aquakultur-Vorrichtung in einen mechanischen Filter (6) geführt und dort mechanisch gereinigt. Aus dem mechanischen Filter wird das Wasser im ersten Kreislauf in
den Nachklärer (7) geführt, dort von Schwebstoffen
vorgereinigt und mit Luft beaufschlagt. Danach wird
das vorgereinigte Wasser im ersten Kreislauf in die
Desinfektion (9), in den biologischen Filter (10) und
in den Aufnahmetank (11) eingespeist. Um den Verlust an Wasser in diesem ersten Wasserkreislauf auszugleichen, kann über eine Frischwasserzufuhr (20)
und/oder über die Einleitung von Kondensat aus dem
Kondensattank (14) frisches Wasser in die Desinfektion (9) eingespeist werden.
[0043] Für den zweiten Wasserkreislauf für die
Pflanzenzucht-Anlage (2) wird aus dem Nachklärer
(7) vorgereinigtes und über eine Belüftung im Nachklärer (7) aus nitrit- in nitrathaltiges umgewandeltes Wasser des Wasserkreislaufes der AquaponikAnlage (2) in den Speichertank (15) der Pflanzenzucht-Anlage (2) geleitet und je nach Bedarf aus
dem Speichertank (15) in den Mischtank (16) geführt. Im Mischtank (16) wird das Wasser des zweiten Wasserkreislaufes mit weiteren Nährstoffen aus
dem Nährstoffspender (17) versetzt. Das Frischwasser aus dem Kondensattank (14) wird ebenfalls in den
Mischtank (16) geführt und so der Verlust an Wasser
im zweiten Wasserkreislauf ausgeglichen.
[0044] Die Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) besteht
aus mindestens einem Behälter (21), in dem in nicht
dargestellten Körben oder anderen Aufnahmegefäße
Pflanzen (22) in Hydroponik-, Hydro-, oder Erdkulturen angeordnet sind, wobei der Behälter (21) mit
einem Zulauf für das aufbereitete Wasser aus dem
Zwischenspeicher (25) und mit einem Ablauf für die
Ableitung das verbrauchte Wasser aus der Pflanzenzucht-Vorrichtung (17) in den Speichertank (15) versehen und der Behälter (21) in Richtung des Ablauf
geneigt aufgestellt ist.
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[0045] Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf
die in Körben oder in anderen Aufnahmegefäßen aufgenommenen Hydroponik-, Hydro- oder Erdkulturen.
In die Behälter können alle an sich bekannten Kulturen, wie Kulturen auf Blähton und ähnlich eingebracht
und zur Pflanzenzüchtung verwendet werden.
[0046] Die mindestens eine Aquakulturvorrichtung
(3) besteht aus mindestens einem Fischaufzuchtbecken.
[0047] Die mindestens eine Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) kann als eine Gemüseproduktionsanlage
ausgebildet sein.
[0048] In einer Auslegung der Erfindung kann der
Behälter (21) als wannenförmiger Trog ausgebildet
sein.
[0049] In einer weiteren Auslegung der Erfindung
kann der biologische Filter (10) als ein Rieselfilter
ausgebildet sein.
[0050] Die Kondesations- und Kühlvorrichtung (19)
kann aus mindestens einer oberhalb der Hydroponik-Vorrichtung (18) und unterhalb der Decke des
Gewächshauses angeordneten und in seiner Höhe
verstellbaren Kühler (23) mit mindestens einem unterhalb des Kühlers (23) angeordneten Kondensatsammler (24), der mit dem Kondensattank (14) und
mit einer Kühlanlage (25) zur Abkühlung des im kreislaufgeführten Kühlmediums für den Kühler (23) verbunden ist, bestehen.
[0051] Die Kühleinrichtung (23) kann in einer weiteren Auslegung der Erfindung als ein Rippenrohr oder
Kühlplatte und der Kondesatsammler (24) als v-förmige Rinne ausgebildet sein.
[0052] Die Erfindung wird nun an einem Beispiel näher erläutert, wobei die Fig. 1 eine schematische Darstellung der Aquaponik-Anlage zeigt und
Bezugszeichenliste
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Aquakultur-Anlage
Pflanzenzucht-Anlage
Aquakultur-Vorrichtung
Oberer Ablauf
Bodenablauf
Mechanischer Filter
Nachklärer
Abfall
Desinfektion
Biologischer Filter
Aufnahmetank
Belüftung
Sauerstoffbehandler
Kondensattank
Speichertank
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
Mischtank
Nährstoffspender
Pflanzenzucht-Vorrichtung
Kondensationsvorrichtung
Frischwasserzufuhr
Behälter
Pflanzen
Kühler
Kondensatsammler
Kühlanlage
Zwischentank
bedeuten.
[0053] Die Aquaponik-Anlage besteht aus einer
Aquakultur-Anlage (1) und einer Pflanzenzucht-Anlage (2), die in einem Gewächshaus plaziert sind.
Die Aquakultur-Anlage (1) besteht aus einer Aquakultur-Vorrichtung (3) in Form mindestens eines Fischzuchtbeckens, dessen Wasserumlauf in einem ersten Kreislauf geführt und dabei aufbereitet wird Die
Aquakultur-Vorrichtung weist einem der Fischart entsprechende Ablauf (4) auf, über der das Abwasser aus dem Fischzuchtbecken geführt wird. Der dabei entstehende Wasserverlust der Aquakulturvorrichtung (4) wird durch Frischwasser über die Frischwasserzufuhr (29) ergänzt. Die Aquakultur-Anlage
(2) weist zur Wasseraufbereitung einen mechanischen Filter (6) zur Absonderung von Schwebstoffen und großkörnigen Verunreinigungen, eine Desinfektion (9), einen als Rieselfilter ausgebildeten biologischen Filter (10), eine Belüftung (12) und einen
Sauerstoffbehandler (13), in der das gereinigte und in
die Pflanzenzucht-Vorrichtung (3) zurück zuführende
Wasser mit gegebenfalls mit O2 versetzt wird.
[0054] Dem mechanischen Filter (6) ist ein Nachklärer (7) in Form eines 3-Kammer-Feststoffabscheiders nachgeordnet, von dem das mittels des mechanischen Filters (6) vorgereinigten und von Sedimenten befreite Wasser wieder in den mechanischen Filter (6) zurückgeführt wird. Im 3-Kammer-Feststoffabscheider (7) wird das Wasser in der zweiten Kammer
mit Luft beaufschlagt, um das im, Wasser gelöste Nitrit in Nitrat umzuwandeln. Ein Teil des Wassers mit
den gelösten Nitraten wird aus der dritten Kammer
des Sedimentabscheiders (7) in den Speichertank
(15) der Pflanzenzucht-Anlage (2) geleiten und bildet
damit den zweiten Wasserkreislauf für die Pflanzenzucht-Anlage (2). Die Pflanzenzucht-Anlage (2) besteht aus dem Speichertank (15), aus einer Pflanzenzucht-Vorrichtung (18), einem Mischtank (16), der mit
einem Nährstoffspender (17) verbunden ist und einem dem Mischtank (16) nachgeschalteten, mit einer
Belüftung versehenen, Zwischentank (26) sowie einer Kondensations- und Kühlvorrichtung (19), die aus
der Umgebungs-Atmosphäre der Hydroponik-Anlage
(2) den Wasserdampf kondensiert, wobei das Kondensat aufgefangen und dem Kondensattank (14) zugeführt wird.
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[0055] Im Zwischentank (26) wird die Nährstoffflüssigkeit für die Pflanzenproduktion belüftet und der
Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) zur Versorgung der
Pflanzen mit Nährstoffen zugeführt.
[0056] Die Kondensations- und Kühlvorrichtung (19)
weist einen aus Kühlplatten oder Rippenrohren bestehenden Kühler (23) mit unter diesem Kühler (23)
angeordneten Kondensatsammler (24) auf. Die Kühler (23) sind mit einer Kühlanlage (25) verbunden, die
mittels im Kreislauf geführten Kühlmedium die Kühler
(23) herunterkühlt, wobei sich der Wasserdampf aus
der Umgebungsluft an dem Kühler (23) niederschlägt
und über den Kondensatsammler (24) dem Kondensattank (14) zuführt wird. Weiterhin wird die Kondensations- und Kühlvorrichtung (19) dazu genutzt,
gegeben falls bei höheren Umgebungstemperaturen
die Umgebungsatmosphäre in der Pflanzenzucht-Anlage (1) zu kühlen, wobei sich wiederum Kondensat aus dem in der Umgebungsatmosphäre enthaltenen Wasserdampf am Kühler (23) niederschlägt,
der dann in dem Kondensatsammler (24) aufgefangen und dem Kondensattank (14) zugeführt wird.
[0057] Die Atmosphäre des Rieselfilters (10) der
Aquaponik-Anlage (1) enthält neben CO2 auch Kondensat und über eine Rohrleitung wird diese Atmosphäre in den Kondensattank (14) geleitet und erhöht
einmal den CO2 Gehalt der Umgebungsatmosphäre der Pflanzenzucht-Anlage (2) und gleichzeitig wird
das Wasser der Atmosphäre aus dem Rieselfilter (10)
der Aquakultur-Anlage (1) dem zweiten Wasserkreislauf der Pflanzenzucht-Anlage (2) zugeführt.
[0058] Gleichzeitig kann aber auch bei Bedarf an
Frischwasser in der Aquakultur-Vorrichtung (3) nicht
nur Frischwasser aus der Frischwasserzufuhr (20)
der Aquakultur-Anlage (1) über die Desinfektion (9)
sondern auch Kondensat aus dem Kondensattank
(14) in die Desinfektion (9) der Aquakultur-Anlage (1)
zugeführt werden.
[0059] Die Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) besteht
aus mindestens einem Behälter (21), insbesondere
in Form eines wannenförmigen Trogs (21), der über
einen Zulauf für aufbereitetes nitrathaltiges Wasser
aus dem Mischtank (16) und einem Ablauf für dieses
Wasser zum Speichertank (15) verfügt. Der wannenförmige Trog (21) ist mit einer Vielzahl von in Körben gehaltenen Pflanzen (22) versehen, insbesondere von Tomaten und Gurken. In der PflanzenzuchtVorrichtung (18) können auch andere Kulturen, wie
Erdbeeren, Salate oder Gewürze sowohl in Hydroponik-, Hydro-, Erd- oder anderen bekannten Kulturen in die Behälter (21) eingesetzt und gezüchtet werden. Die Auswahl der in der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) gezüchteten Pflanzen ist nicht allein auf
die genannten Pflanzen beschränkt. Es können alle
Pflanzen in dieser Aquaponik-Anlage gezüchtet werden.
[0060] Im Mischtank (16) wird dem Wasser aus dem
Speichertank (15) gegeben falls noch mit weiteren für
die Pflanzenproduktion notwendige weitere Nährstoffe aus dem Nährstoffspender (17) angereichert. Dazu sind im Speichertank (15) nicht weiter dargestellte Sonden zu Messung der Zusammensetzung des
Wassers angeordnet.
[0061] Der Behälter (21) der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) sind in Richtung des Ablaufs geneigt, so
dass das in der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) verbrauchte Wasser wieder in den Speichertank (15)
fließt. Die Pflanzen erzeugen durch die Pflanzentranspiration Wasserdampf, der in den Kondensationsvorrichtungen (19) oberhalb der Pflanzen und unterhalb der Decke des Gewächshauses in Kondenswasser umgewandelt wird und dem Kondensattank (14)
als wieder zu verwendendes Frischwasser über den
Mischtank (16) der Pflanzenzucht-Anlage (2) und/
oder über die Desinfektion (9) der Aquakultur-Anlage
(1) zugeführt wird.
[0062] In dem zweiten Wasserkreislauf der Aquaponik-Anlage wird so zumindest ein Teil des nitrithaltigen in nitrathaltiges umgewandeltes Abwasser
aus dem Nachklärer (7) der Aquakultur-Anlage (1)
zur Wasser- und Nährstoffversorgung der Pflanzenzucht-Anlage (2) verwendet.
[0063] Der Vorteil dieser Erfindung ist im Wassermanagement mit sehr geringen Verbräuchen von Frischwasser sowohl in Aquakulturen als auch in der Pflanzenzucht zu sehen, was erheblich zu Senkung der
Kosten für eine Aquakultur beiträgt. Durch den Einsatz von nitridhaltigem in nitrathaltiges umgewandeltes Abwasser aus den Aquakulturen und der Einsatz dieses Abwasser als Nährstoffgrundlage für die
Pflanzenzucht wird eine weitere wesentliche Kostensenkung bei der Bewirtschaftung beider Kulturen erreicht und vermindert die Umweltbelastung mit nitrathaltigen Abwässern. Durch die zwei getrennten
Kreisläufe des Wassers wird die Infektion der Organismen in den Aquakulturen verhindert.
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DE 10 2016 002 201 A1 2017.08.31
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
DE 60018538 T2 [0017]
EP 2158808 B1 [0019]
TW 486944 U [0020]
MX 2012013992 A [0021]
WO 2014039904 A1 [0023]
US 2014047767 A1 [0026]
US 2013047508 A1 [0029]
TW 483667 U [0030]
US 8677686 B1 [0031]
DE 102013217286 B4 [0033]
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Patentansprüche
1. Aquaponik-Anlage für eine Pflanzen- und Fischproduktion, bestehend aus einer Kombination aus einer in einem Gewächshaus angeordneten Aquakultur-Anlage (1) und einer Pflanzenzucht-Anlage (2),
wobei die Aquakultur-Anlage (1) aus mindestens einer Aquakultur-Vorrichtung (3) mit einem der Fischart
entsprechende Ablauf (4), aus einem mechanischen
Filter (6), einer mit einer Frischwasserzufuhr (20) verbundenen, Desinfektion (9), einem biologischen Filter
(10) sowie einer Belüftung (12) und/oder einem Sauerstoffbehandler (13) und die Pflanzenzucht-Anlage
(2) aus mindestens einer Pflanzenzucht-Vorrichtung
(18), einem Speichertank (15), einem Mischtank (16),
einem Nährstoffspender (17) und einem Kondensattank (14) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass
die Aquakultur-Anlage (1) einen ersten Wasserkreislauf und die Pflanzenzucht-Anlage (2) einen zweiten,
vom ersten Wasserkreislauf der Aquakultur-Anlage
(1) getrennten, Wasserkreislauf aufweist, wobei im
zweiten Wasserkreislauf der Speichertank (15) mit einem Nachklärer (7) und/oder dem mechanischen Filter (6) des ersten Wasserkreislaufes der AquaponikAnlage (1) verbunden und im zweiten Wasserkreislauf der Pflanzenzucht-Anlage (2) nach dem Mischtank (16) ein Zwischenspeicher (26 ) mit einer nicht
dargestellten Belüftung angeordnet ist, der mit der
Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) verbunden ist.
2. Aquaponik-Anlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kondensattank (14) der
Pflanzenzucht-Anlage (2) mit mindestens einer Kondensations- und/oder Kühlvorrichtung (19) zur Aufnahme des Kondensat aus der Kondensations- und
Kühlvorrichtung (19) der Pflanzenzucht-Anlage (2),
mit dem biologischen Filter (10) zur Aufnahme des
Kondensates aus dem biologischen Filter (19) und
mit dem Mischtank (16) zur Einspeisung des Kondensats aus dem Kondensattank (14) in den zweiten
Wasserkreislauf der Pflanzenzucht-Anlage (2) und/
oder mit der Desinfektion (9) der Aquakultur-Anlage
(1) verbunden ist, um bei Bedarf das Kondensat aus
dem Kondensattank (14) in den ersten Wasserkreislauf der Aquakultur-Anlage (1) einzuspeisen.
6. Aquaponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Speichertank (15) mit
Sensoren zur Messung der Qualität des vorgereinigten Wassers aus dem Nachklärer (7) versehen ist.
7. Aquaponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischtank (16) mit
einem Nährstoffspender (17) verbunden ist.
8. Aquaponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aquakultur-Vorrichtung (1) aus mindestens einem Fischaufzuchtbecken besteht.
9. Aquaponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die PflanzenzuchtVorrichtung (18) aus mindestens einem Behälter (21)
zur Aufnahme der Hydroponik-, Hydro-, Erd- oder anderen Kulturen besteht.
10. Aquaponik-Anlage nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Behälter (21) als ein wannenförmiger Trog ausgebildet ist.
11. Aqauponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Kondesations- und
Kühlvorrichtung (19) aus mindestens einem oberhalb
der Pflanzenzucht-Vorrichtung (18) und unterhalb der
Decke des Gewächshauses angeordneten und in der
Höhe verstellbaren Kühler (23) mit mindestens einem
unterhalb des Kühlers (23) angeordneten Kondensatsammler (24) besteht, wobei der Kondesatsammler
(24) mit dem Kondensattank (14) und mit einer Kühlanlage (25) zur Abkühlung des im kreislaufgeführten
Kühlmediums für den Kühler (23) verbunden ist.
12. Aqauponik-Anlage nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kühler (23) als Rippenrohr oder Kühlplatte ausgebildet ist.
13. Aqauponik-Anlage nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kondensatsammler (24)
als v-förmige Rinne ausgebildet ist.
3. Aquauponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachklärer (7) als
ein Feststoffabscheider ausgebildet ist.
4. Aquaponik-Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachklärer (7) als
drei-Kammer-Anlage ausgebildet ist, wobei die zweite Kammer mit einer nicht dargestellten Belüftung
verbunden ist.
5. Aquaponi-Anlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der biologische Filter
(10) als ein Rieselfilter ausgebildet ist.
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Anhängende Zeichnungen
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